Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки



Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки
Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки
Ветроэнергетическая установка и способ эксплуатации ветроэнергетической установки

 


Владельцы патента RU 2569121:

ВОББЕН ПРОПЕРТИЗ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой и к ветроэнергетической установке. Способ управления подключенной к электрической сети ветроэнергетической установкой с генератором с аэродинамическим ротором с регулируемой скоростью вращения включает этап эксплуатации ветроэнергетической установки в оптимальной относительно преобладающих условий ветра рабочей точке с оптимальной скоростью вращения и этап эксплуатации ветроэнергетической установки в переходный период времени или длительно в неоптимальной рабочей точке с неоптимальной скоростью вращения. При этом неоптимальная скорость вращения больше оптимальной скорости вращения. Изобретение направлено на улучшение поддержания электрической сети. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Данное изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой, а также к соответствующей ветроэнергетической установке.

Ветроэнергетические установки широко известны и служат для отбора из ветра кинетической энергии и преобразования ее в электрическую энергию, с целью подачи ее в электрическую сеть. При этом ветроэнергетические установки выполняют в настоящее время задачу поддержки электрической сети, в которую они включены.

Так, например, в немецкой патентной заявке DE 10022974 А1 2000 г (дата публикации 22.11.2001) приведено описание зависящего от частоты регулирования мощности. В соответствии с этим предлагается уменьшать при увеличении частоты сети мощность, которую подает ветроэнергетическая установка в сеть, как только частота сети превысит пороговое значение.

При этом учитывается состояние сети, в которой имеется избыточное предложение энергии, что на основе характеристик больших электростанций приводит к увеличению частоты, на которое направлено изобретение в соответствии с указанной выложенной заявкой DE 10022974 А1.

В случае недостаточного предложения энергии, соответственно, повышенного расхода энергии в сети, происходит уменьшение частоты, на которое можно в идеальном случае реагировать увеличением подаваемой мощности. Однако увеличение подаваемой мощности трудно реализуемо с помощью ветроэнергетической установки, поскольку ветроэнергетическая установка в оптимальном случае уже подает максимально извлекаемую из ветра энергию. Для обеспечения тем не менее по меньшей мере кратковременного повышения мощности, например, в DE 102009014012 А1 предлагается выполнять кратковременное повышение мощности с использованием накопленной в моменте инерции системы ротор-генератор энергии вращения. Однако этот способ зависит от накопленной в системе ротор-генератор энергии вращения.

В качестве дальнейшего уровня техники можно здесь сослаться в целом на следующие публикации: DE 10341504 A1, WO 2011/000531 А2, а также WO 2005/025026 А1.

Таким образом, в основу данного изобретения положена задача устранения или уменьшения по меньшей мере одной из указанных выше проблем, в частности, должно быть предложено решение улучшенной возможности поддержки сети. Должно быть предложено по меньшей мере одно альтернативное решение.

Согласно изобретению, предлагается способ по п.1 формулы изобретения.

В соответствии с этим, предлагается способ управления подключенной к электрической сети ветроэнергетической установкой, которая имеет генератор и аэродинамический ротор с регулируемой скоростью вращения. Аэродинамический ротор следует отличать от электродинамического ротора, который является частью генератора. Генератор и тем самым ветроэнергетическая установка в целом относятся к типу, в котором предусмотрена возможность регулирования скорости вращения. Таким образом, скорость вращения не связана жестко с частотой электрической сети, а может быть установлена независимо от нее.

Такая ветроэнергетическая установка может и обычно эксплуатируется в оптимальной рабочей точке относительно преобладающих условий ветра. Преобладающие условия ветра относятся, в частности, к преобладающей скорости ветра, что в последующем для упрощения рассматривается в качестве единственного признака преобладающих условий ветра. В действительности необходимо учитывать другие условия, такие как, например, порывистость ветра, а также плотность воздуха, чем в данном случае для простоты пренебрегается. Таким образом, в принципе каждой скорости ветра соответствует оптимальная рабочая точка. При этом под оптимальной рабочей точкой следует понимать точку, в которой ветроэнергетическая установка извлекает из ветра максимально много энергии и подает ее в электрическую сеть, однако при этом одновременно учитываются краевые условия, такие как, в частности, стабильность рабочей точки и нагрузка установки, такая как, в частности, износ установки. Такая оптимальная рабочая точка характеризуется, в частности, соответствующей оптимальной скоростью вращения и оптимальной отдачей мощности, что является достаточным для последующего описания. При этом отдача мощности относится к той мощности, которая подается в электрическую сеть. При этом та мощность, которую отдает генератор, может быть выше, поскольку из нее необходимо вычитать, например, потери.

Хотя такая оптимальная рабочая точка с оптимальной скоростью вращения в принципе существует в соответствующей установке для каждой скорости ветра, в соответствии с изобретением предлагается эксплуатировать ветроэнергетическую установку в переходный период времени не в оптимальной рабочей точке, при этом скорость вращения в этой неоптимальной рабочей точке, т.е. неоптимальная скорость вращения больше оптимальной скорости вращения оптимальной рабочей точки преобладающей скорости ветра.

Такая работа с повышенной скоростью вращения предлагается, в частности, тогда, когда следует ожидать или высока вероятность того, что ветроэнергетическая установка должна отдавать в сеть дополнительную активную мощность, а именно, дополнительную активную мощность, которая превышает активную мощность, которая в данный момент может быть отдана в сеть на основании преобладающих условий ветра, а именно, в частности скорости ветра. А именно, для этого случая, в частности, в переходной период времени ветроэнергетическая установка эксплуатируется с повышенной скоростью вращения, за счет чего больше кинетической энергии накапливается как в аэродинамическом роторе, так и в электродинамическом роторе генератора. Переходный период времени может составлять в принципе, например, 10-30 секунд, 2-10 минут или 1-5 часов или 1-5 дней. В данном случае в зависимости от ситуации следует принимать решение, насколько оправдана эксплуатация в неоптимальной рабочей точке для соответствующей длительности переходного периода времени. В принципе ветроэнергетическая установка может эксплуатироваться также длительно в неоптимальной рабочей точке с повышенной скоростью вращения. Однако это может оказывать на ветроэнергетическую установку настолько отрицательное влияние, что такая длительная эксплуатация в неоптимальной точке становится неоправданной. Однако технически это возможно.

В принципе возможна эксплуатация ветроэнергетической установки с более высокой скоростью вращения, чем оптимальная скорость вращения, без уменьшения отдаваемой в сеть мощности по сравнению с оптимальной рабочей точкой. Эта неоптимальная рабочая точка может иметь также недостатки, поскольку повышенная скорость вращения приводит, например, к повышенному износу. Кроме того, повышенная скорость вращения может быть аэродинамически неблагоприятной так, что рабочая точка менее стабильна, чем оптимальная рабочая точка. Возможно, что это приводит к повышенным затратам на регулирование и тем самым к использованию большего количества исполнительных элементов, чем для установки крутящего момента или угла ротора, что может также увеличивать, например, износ.

Предпочтительно, применяется ветроэнергетическая установка, которая не имеет редуктора. Такая безредукторная ветроэнергетическая установка имеет очень большой момент инерции ротора генератора, который можно предпочтительно использовать для накопления кинетической энергии. Таким образом, за счет увеличения скорости вращения можно накапливать больше кинетической энергии. При этом следует учитывать то, что кинетическая энергия, которая накапливается в такой вращающейся части, пропорциональна квадрату скорости вращения. Момент инерции, которому пропорциональна накопленная энергия, увеличивается в гомогенном сплошном цилиндре пропорционально четвертой степени радиуса. Таким образом, сплошной цилиндр с диаметром два метра имеет по сравнению со сплошным цилиндром из того же материала и той же длины с диаметром один метр в 16 раз больший момент инерции. Это означает, что безредукторная ветроэнергетическая установка может накапливать много кинетической энергии, и эта накопленная кинетическая энергия может быть еще раз сверхпропорционально увеличена за счет увеличения скорости вращения.

Согласно одному варианту выполнения предлагается, что в диапазоне частичной нагрузки для установки соответствующей оптимальной рабочей точки в ветроэнергетической установке вносится в память первая рабочая характеристика. На основании этой рабочей характеристики в ветроэнергетической установке может устанавливаться соответствующая оптимальная рабочая точка. Для этого рабочая характеристика может быть занесена в память в виде характеристики зависимости мощности от скорости вращения. Преобразование можно выполнять так, что измеряется скорость вращения и для нее устанавливается соответствующая мощность в соответствии с рабочей характеристикой. Если, например, из ветра можно извлекать больше энергии, то скорость вращения увеличивается, и, соответственно, устанавливается новое значение мощности в соответствии с рабочей характеристикой. Мощность можно устанавливать посредством установки крутящего момента генератора. Установка крутящего момента зависит от типа установки. Если, например, применяется синхронный генератор с возбуждаемым постоянным током ротором, то крутящий момент устанавливается с помощью соответствующего постоянного тока для регулирования возбуждения.

Такая оптимальная рабочая характеристика является в принципе последовательностью из множества оптимальных рабочих точек, которые являются каждая оптимальной для преобладающего условия ветра, в частности, преобладающей скорости ветра. В соответствии с этим, согласно данному изобретению под оптимальной рабочей точкой следует понимать рабочую точку для соответствующего условия ветра, соответственно, скорости ветра, что справедливо также по смыслу для неоптимальной рабочей точки. Таким образом, оптимальная рабочая точка не является единственной абсолютной рабочей точкой для ветроэнергетической установки при любых условиях, а лишь одной из многих для соответствующего фактического условия ветра.

Такая рабочая характеристика вводится в память, в частности, для эксплуатации с частичной нагрузкой. В режиме частичной нагрузки ветроэнергетической установки с изменяемой скоростью вращения, которая рассматривается в данном случае, обычно удерживается постоянным угол лопасти ротора, если предусмотрена возможность его регулирования, независимо от условий ветра, а именно, скорости ветра, в этом режиме частичной нагрузки. Как указывалось выше, осуществляется лишь установка соответствующей правильной рабочей точки, а именно, мощности и скорости вращения. Для установки режима частичной нагрузки лишь для переходного периода времени предлагается использовать в качестве основы вместо первой, оптимальной рабочей характеристики, вторую, неоптимальную рабочую характеристику. На основании этой неоптимальной рабочей характеристики устанавливается затем более высокая скорость вращения, предпочтительно при той же мощности, что и в соответствующей оптимальной рабочей точке. Таким образом, эта вторая рабочая характеристика является последовательностью множества неоптимальных рабочих точек, которые имеют каждая более высокую скорость вращения, чем соответствующие оптимальные рабочие точки. Таким образом, перевод эксплуатации ветроэнергетической установки с повышенной скоростью вращения можно осуществлять простым образом в диапазоне частичной нагрузки тем, что в память заносится соответствующая вторая рабочая характеристика.

Кроме того, согласно другому варианту выполнения предлагается, что при уменьшающейся скорости ветра в переходе из режима полной нагрузки в режим частичной нагрузки сначала, в частности, для заданного диапазона скорости ветра, уменьшают мощность, в то время как скорость вращения удерживается постоянной. Режим полной нагрузки является режимом, в котором скорость ветра достигает значения номинальной скорости ветра, и ветроэнергетическая установка в оптимальном случае работает с номинальной мощностью и номинальной скоростью вращения. При далее увеличивающейся скорости вращения выполняют изменение угла лопасти ротора, так называемое изменение угла тангажа, с целью ухудшения аэродинамики ротора, чтобы извлекать из ветра меньше энергии, с целью противодействия за счет этого дальнейшему нарастанию скорости вращения. Если скорость ветра снова уменьшается, так что ветроэнергетическая установка переходит из режима полной нагрузки снова в режим частичной нагрузки, то в этом случае предлагается сначала уменьшать мощность, однако еще не уменьшать или уменьшать в меньшей степени, чем обычно, скорость вращения. Не уменьшение сначала скорости вращения означает, что она уменьшается лишь тогда, когда скорость ветра падает на заданное значение ниже номинальной скорости ветра. Не уменьшение сначала скорости вращения не следует понимать в отношении времени.

Согласно одному варианту выполнения, дополнительно предлагается эксплуатация ветроэнергетической установки в режиме полной нагрузки в переходной период времени со скоростью вращения, которая выше номинальной скорости вращения. Такая работа с повышенной скоростью вращения может отрицательно влиять на срок службы ветроэнергетической установки и поэтому должна быть возможно более короткой. Таким образом, переходный период времени необходимо удерживать возможно более коротким, таким как, например, лишь 10 минут или лишь 1 минута.

Целесообразно, когда ветроэнергетическая установка имеет одну роторную лопасть или несколько роторных лопастей с регулируемым углом роторной лопасти, и угол роторной лопасти неоптимальной рабочей точки изменяется относительно угла роторной лопасти оптимальной рабочей точки. Применение ветроэнергетической установки с одной или несколькими роторными лопастями с регулируемым углом роторной лопасти определяет также тип установки. Под регулированием угла роторной лопасти следует понимать активную, детерминированную установку угла роторной лопасти. Другими словами, это относится к установке угла роторной лопасти с помощью двигателя или другого исполнительного механизма. Предпочтительно, ветроэнергетическая установка имеет горизонтальную, соответственно, по существу горизонтальную ось ротора. Эта горизонтальная ось ротора также определяет тип установки, а именно, так называемую ветроэнергетическую установку с горизонтальной осью. Сюда входит также небольшой угол наклона оси ротора относительно горизонтали на несколько градусов, такой как, например, примерно 5° или 10°.

Таким образом, установка более высокой скорости вращения по сравнению с оптимальной скоростью вращения осуществляется посредством или с помощью соответствующей установки угла роторной лопасти. Тем самым неоптимальная рабочая характеристика в режиме частичной нагрузки может иметь другой угол роторной лопасти, чем оптимальная рабочая характеристика. Также можно с отклонением от известной и также внесенной в память оптимальной рабочей характеристики в режиме частичной нагрузки для неоптимальной рабочей характеристики выбирать регулирование, в котором угол роторной лопасти предполагается не постоянным.

Предпочтительно, осуществляется смена из режима в оптимальной рабочей точке в режим в неоптимальной рабочей точке. Это предусмотрено, в частности, для случая, когда ожидается потребность в повышенной кинетической энергии. Смена может предпочтительно инициироваться посредством приема сигнала уведомления или сигнала смены. Такой сигнал уведомления или смены может передаваться внешним оператором сети. Оператор сети может передавать, например, такой сигнал, когда он видит приближающуюся потребность в поддержке электрической сети. Так, например, известны особые ситуации, которые могут приводить к критическим состояниям сети, или могут указывать на критическое состояние сети. Например, прерывание силовой линии электрической сети, которое может временно осуществляться с целью ремонта или с другими целями, может переводить электрическую сеть в критическое состояние. Для этого случая оператор сети может передавать такой сигнал уведомления или смены в ветроэнергетическую установку или в ветровой парк с несколькими ветроэнергетическими установками.

Предпочтительно предлагается, что когда ветроэнергетическая установка работает в неоптимальной рабочей точке, то из ветроэнергетической установки отбирается кинетическая энергия и эта энергия применяется для кратковременной подачи в электрическую сеть больше активной мощности, чем ветроэнергетическая установка может извлекать в данный момент из ветра на основании преобладающих условий ветра. Таким образом, накопленная за счет работы ветроэнергетической установки с повышенной скоростью вращения кинетическая энергия используется для поддержки электрической сети.

Предпочтительно для этого предлагается, что этот отбор кинетической энергии происходит так, что скорость вращения ветроэнергетической установки за счет отбора кинетической энергии для подачи дополнительной активной мощности в электрическую сеть уменьшается с неоптимальной скорости вращения по меньшей мере до оптимальной скорости вращения. Предпочтительно, скорость вращения уменьшается еще дальше, чем до оптимальной скорости вращения. Таким образом, сначала можно отдавать с помощью дополнительно накопленной кинетической энергии в сеть для поддержки дополнительную активную мощность и Предпочтительно, неоптимальная скорость вращения лежит примерно на 0,5-1,5 об/мин выше оптимальной скорости вращения. Более предпочтительно она лежит примерно на 1 об/мин выше оптимальной скорости вращения. Таким образом, может быть предложено значительное увеличение скорости вращения и тем самым, соответственно, значительное повышение кинетической энергии, без эксплуатации ветроэнергетической установки в слишком неблагоприятной рабочей точке, в частности, без очень большого износа и без слишком большого риска относительно стабильности ветроэнергетической установки.

Таким образом, данное изобретение относится к способу управления ветроэнергетической установкой. При этом под таким способом управления следует понимать управление в обычном смысле, а именно, которое может иметь обратную связь для создания тем самым регулирования, или же может обходиться без обратной связи. Другими словами, регулирование является управлением с обратной связью и содержит тем самым управление. Понятие управление применяется в качестве обобщающего понятия.

Дополнительно к этому, в соответствии с изобретением предлагается ветроэнергетическая установка, содержащая генератор и аэродинамический ротор с регулируемой скоростью вращения, которая эксплуатируется с помощью способа согласно изобретению. При этом предпочтительно применяется безредукторная ветроэнергетическая установка.

Согласно одному варианту выполнения предлагается, что ветроэнергетическая установка пригодна для работы в режиме FACTS. Сокращение FACTS означает "Flexible-AC-Transmission-System" (гибкая система передачи переменного тока) и известно для немецких специалистов в данной области техники. Под этим в электрической энерготехнике понимается система управления, которая используется в сетях электроснабжения для целенаправленного влияния на потоки мощности. В частности, такая система предназначена для целенаправленной подачи в сеть активной мощности и/или реактивной мощности. Кроме того, такая подача может осуществляться в зависимости от измерений в сети, с целью реагирования непосредственно, например, на изменения частоты. Таким образом, предлагается ветроэнергетическая установка, которую можно предпочтительно использовать для поддержки сети. За счет возможности предусмотрения повышенной скорости вращения для переходного периода времени, создается возможность обеспечения увеличенной энергии в виде кинетической энергии для поддержки сети. Таким образом, такая поддерживающая сеть система может предоставлять дополнительную активную мощность для поддержки сети и подавать ее в электрическую сеть при потребности.

Предпочтительно, ветроэнергетическая установка имеет по меньшей мере один инвертор, который выпрямляет создаваемую генератором электрическую энергию и инвертирует ее с согласованием с частотой, напряжением и фазой электрической сети для передачи в электрическую сеть. Ветроэнергетическая установка с одним или несколькими такими инверторами, в которой вся создаваемая электрическая энергия, за исключением потерь, направляется через один, соответственно, несколько инверторов, называется также системой с полным преобразованием.

Дополнительно к этому, в соответствии с изобретением предлагается ветровой парк, содержащий по меньшей мере две ветроэнергетические установки со способом управления, согласно изобретению. Таким образом, ветровой парк является совокупностью нескольких ветроэнергетических установок, которые связаны друг с другом, в частности, имеют общую точку ввода или несколько точек ввода для подачи электрической энергии в электрическую сеть. Указанные применительно к способу, согласно изобретению, и к ветроэнергетической установке, согласно изобретению, преимущества могут концентрироваться с помощью этого ветрового парка, с целью обеспечения значительной высокой резервной мощности.

Ниже приводится в качестве примера пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - ветроэнергетическая установка с горизонтальными осями;

фиг.2 - график с двумя характеристиками зависимости мощности от скорости вращения;

фиг.3 - три графика зависимости от скорости ветра.

На фиг.1 показана ветроэнергетическая установка с горизонтальными осями, которая в принципе известна из уровня техники. Согласно изобретению, эта показанная на фиг.1 ветроэнергетическая установка с горизонтальными осями снабжена способом, а именно, способом выполнения эксплуатации, согласно данному изобретению.

На фиг.2 показаны в виде графика две рабочие характеристики, а именно, характеристики зависимости мощности от скорости вращения. На этом графике оптимальная рабочая характеристика 1 изображена сплошной линией, а неоптимальная рабочая характеристика 2 штриховой линией. Обе рабочие характеристики 1 и 2 представляют схематично ход изменения, который может отклоняться от реального хода изменения. В частности, реальный ход изменения может отклоняться от упрощенного изображения с помощью прямых линий. Это изображение должно по существу иллюстрировать соотношение между оптимальной рабочей характеристикой 1 и неоптимальной рабочей характеристикой 2. Это относится также к графикам на фиг.3, которые относительно реального хода изменения также сильно упрощены.

Из графика на фиг.2 следует, что неоптимальная рабочая характеристика 2 имеет по сравнению с оптимальной рабочей характеристикой 1 при одинаковой мощности Р более высокую скорость n вращения. В соответствии с этим, повышение скорости вращения относительно соответствующей оптимальной скорости вращения может быть достигнуто за счет применения неоптимальной рабочей характеристики 2 вместо оптимальной рабочей характеристики 1.

Обе рабочие характеристики 1 и 2 сходятся в номинальной точке 4, в которой ветроэнергетическая установка работает с номинальной скоростью nN вращения и номинальной мощностью PN. Эта номинальная точка или номинальная рабочая точка 4 может использоваться после достижения номинальной скорости ветра. Ни мощность Р, ни скорость N вращения не должны превышать эти значения, с целью предотвращения перегрузки установки. Хотя по меньшей мере для короткого периода времени возможно повышение скорости n вращения. Это иллюстрировано с помощью альтернативного отрезка 6 характеристики, который изображен точечной линией.

На фиг.3 показаны три графика для пояснения эксплуатации ветроэнергетической установки. Все три графика представляют соответствующий рабочий параметр в зависимости от скорости VW ветра, а именно, отдаваемой мощности Р на графике А, скорости n вращения ветроэнергетической установки, а именно, аэродинамического ротора на графике В и угла α роторной лопасти на графике С. Все графики имеют общую абсциссу, на которой нанесена скорость ветра.

На графике А показан характеристический ход изменения мощности Р в зависимости от скорости VW ветра. При скорости VWein ветра включения начинается генерирование мощности. Мощность Р увеличивается до номинальной мощности PN при номинальной скорости VWN ветра. Этот диапазон называется также диапазоном частичной нагрузки. От номинальной скорости VWN ветра до максимальной скорости VWmax ветра отдаваемая мощность остается постоянной, и ветроэнергетическая установка отдает номинальную мощность PN. Начиная с максимальной скорости VWmax ветра мощность Р для защиты установки при далее увеличивающейся скорости VW ветра уменьшается. При повышении скорости вращения, согласно изобретению, мощность остается по меньшей мере согласно одному варианту выполнения в идеальном случае неизменной, и поэтому на графике А показана лишь одна характеристика для мощности Р, которая справедлива для применения как оптимальных рабочих точек, так и неоптимальных рабочих точек. Однако, согласно одному варианту выполнения, мощность соответствующей оптимальной рабочей точки может отличаться от мощности соответствующей неоптимальной рабочей точки, в частности, может быть несколько больше.

На графике В показан ход изменения скорости N вращения в виде оптимальной характеристики 31 скорости вращения, которая изображена сплошной линией, и ход изменения неоптимальной характеристики 32 скорости вращения, которая изображена штриховой линией. Обе характеристики 31 и 32 скорости вращения соответствуют характеристике мощности Р графика А, при этом также в этой связи следует отметить, что изображение является схематичным и идеализировано, с целью лучшего пояснения идеи изобретения.

Таким образом, как показано на графике В фиг.3, скорость вращения, согласно неоптимальной характеристике 32 скорости вращения, лежит до достижения номинальной скорости VWN ветра, т.е. в диапазоне частичной нагрузки, выше скорости вращения, согласно оптимальной характеристике 31 скорости вращения. При достижении номинальной скорости VWN ветра, установка достигает своей рабочей точки и тем самым скорость n вращения достигает номинальной скорости nN вращения, как согласно оптимальной характеристике 31 скорости вращения, так и неоптимальной характеристике 32 скорости вращения, которая изображена штриховой линией. В качестве альтернативного решения, может быть предусмотрено повышение скорости n вращения свыше номинальной скорости nN вращения, что показано с помощью альтернативной ветви 34 характеристики, которая изображена точечной линией. При этом по меньшей мере в определенный период времени приходится мириться с перегрузкой ветроэнергетической установки за счет соответствующей высокой скорости вращения.

В остальном скорости n вращения оптимальной работы и неоптимальной работы в диапазоне полной нагрузки, соответственно, при работе с полной нагрузкой, т.е. начиная со скорости VWN ветра до максимальной скорости VWmax ветра, совпадают, а именно, имеют номинальную скорость nN вращения. Они одинаковы также в так называемом штормовом диапазоне, а именно, для скоростей ветра выше максимальной скорости VWmax ветра.

В основе показанного в принципе хода изменения мощности, согласно графику А, и хода изменения скорости вращения, согласно графику В, может лежать ход изменения угла α роторной лопасти, согласно графику С. На графике С показанные характеристики изображены также схематично. Оптимальная характеристика 41 угла роторной лопасти изображена на графике С сплошной линией. Она проходит в диапазоне частичной нагрузки, соответственно, при работе с частичной нагрузкой, т.е. до номинальной скорости VWN ветра, горизонтально, т.е. угол роторной лопасти остается здесь неизменным. В диапазоне полной нагрузки, соответственно, при работе с полной нагрузкой, т.е. от номинальной скорости VWN ветра, угол роторной лопасти увеличивается, с целью поворота роторных лопастей из ветра для их защиты. После достижения максимальной скорости VWmax ветра осуществляется дальнейшее, в частности, более сильное регулирование угла роторной лопасти, с целью дальнейшей защиты установки. Вместо увеличения угла роторной лопасти известны также изображения уменьшения угла роторной лопасти для работы с полной нагрузкой, при этом представляется не другой эффект, а лишь в основе лежит другая номенклатура. Регулирование угла роторной лопасти в режиме полной нагрузки, называемое обычно изменением угла тангажа, в принципе известно для специалистов в данной области техники.

Неоптимальная характеристика 42 угла роторной лопасти изображена штриховой линией и показывает в диапазоне частичной нагрузки немного меньший угол роторной лопасти, чем показывает в том же диапазоне оптимальная характеристика 41 угла роторной лопасти. Этот меньший угол роторной лопасти можно сначала рассматривать как «неблагоприятный». Более высокая скорость вращения может быть достигнута в этом случае за счет меньшего крутящего момента, а именно, противодействующего крутящего момента. За счет меньшего момента генератора, который представляет, соответственно, противодействующий момент, может получаться более высокая скорость вращения, как показано на графике В, что может приводить, в свою очередь, к измененному углу атаки. А именно, угол атаки зависит не только от скорости VW ветра, но также от скорости ротора и получается за счет векторного суммирования этих обеих скоростей. В остальном можно сослаться на известную взаимосвязь между мощностью Р, скоростью n вращения крутящим моментом N в соответствии с формулой:

P=2πnM.

При достижении номинальной скорости VWN ветра угол роторной лопасти равен, согласно неоптимальной характеристике 42 угла роторной лопасти, углу роторной лопасти оптимальной характеристики 41 угла роторной лопасти. Когда в диапазоне номинальной скорости VWN ветра применяется более высокая скорость вращения, чем номинальная скорость вращения, то угол роторной лопасти при достижении номинальной скорости VWN ветра сначала не увеличивается, т.е. не изменяется угол тангажа, что показано с помощью альтернативной ветви 44 характеристики, которая изображена точечной линией. Как указывалось выше, в этом случае в определенный период времени также приходится мириться с перегрузкой установки.

Таким образом, согласно изобретению, предлагается в течение переходного периода времени эксплуатировать ветроэнергетическую установку по меньшей мере с немного повышенной скоростью вращения, с целью обеспечения определенного резерва энергии в виде кинетической энергии.

1. Способ управления подключенной к электрической сети ветроэнергетической установкой с генератором с аэродинамическим ротором с регулируемой скоростью вращения, в котором предусмотрена возможность эксплуатации ветроэнергетической установки в оптимальной относительно преобладающих условий ветра рабочей точке с оптимальной скоростью вращения, при этом ветроэнергетическую установку эксплуатируют в переходный период времени или длительно в неоптимальной рабочей точке с неоптимальной скоростью вращения, при этом неоптимальная скорость вращения больше оптимальной скорости вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в диапазоне частичной нагрузки для установки соответствующей оптимальной рабочей точки вносят в память первую рабочую характеристику, а для управления ветроэнергетической установкой с неоптимальной скоростью вращения применяют вторую рабочую характеристику, при этом неоптимальную скорость вращения устанавливают на основании второй рабочей характеристики.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что при уменьшающейся скорости ветра в переходе из режима полной нагрузки в режим частичной нагрузки сначала, в частности, для заданного диапазона скорости ветра, уменьшают мощность, в то время как скорость вращения удерживают постоянной.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ветроэнергетическая установка имеет одну роторную лопасть или несколько роторных лопастей с регулируемым углом роторной лопасти, при этом угол роторной лопасти неоптимальной рабочей точки изменяется относительно угла роторной лопасти оптимальной рабочей точки.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют смену из режима в оптимальной рабочей точке в режим в неоптимальной рабочей точке, в частности, инициируют посредством приема сигнала уведомления, в частности, внешнего сигнала уведомления, передаваемого оператором сети.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что когда ветроэнергетическая установка работает в неоптимальной рабочей точке, то из ветроэнергетической установки отбирают кинетическую энергию, причем эту энергию применяют для кратковременной подачи в электрическую сеть больше активной мощности, чем ветроэнергетическая установка может извлекать в данный момент из ветра за счет преобладающих условий ветра.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что скорость вращения ветроэнергетической установки за счет отбора кинетической энергии для подачи больше активной мощности в электрическую сеть уменьшают с неоптимальной скорости вращения по меньшей мере до оптимальной скорости вращения.

8. Способ по 1, отличающийся тем, что неоптимальная скорость вращения лежит примерно на 0,5-1,5 об/мин, в частности, примерно на 1 об/мин выше оптимальной скорости вращения.

9. Ветроэнергетическая установка с генератором с аэродинамическим ротором с регулируемой скоростью вращения, отличающаяся тем, что ветроэнергетическую установку эксплуатируют с помощью способа по любому из пп. 1-8.

10. Ветроэнергетическая установка по п. 9, отличающаяся тем, что между аэродинамическим ротором и электрическим генератором не предусмотрен редуктор.

11. Ветроэнергетическая установка по любому из пп. 9 или 10, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка пригодна для работы в режиме гибкой системы передачи переменного тока (FACTS) и/или имеет один или несколько инверторов, для выпрямления создаваемой электрической энергии генератора и ее инвертирования с согласованием с частотой, напряжением и фазой электрической сети для подачи в электрическую сеть.

12. Ветровой парк, содержащий по меньшей мере две ветроэнергетические установки по любому из пп. 9-11 и по меньшей мере одну общую точку ввода для подачи электрической мощности по меньшей мере двух или, соответственно, двух ветроэнергетических установок.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки в условиях обледенения, к ветроэнергетической установке и к ветроэнергоцентру с множеством ветроэнергетических установок.

Изобретение относится к энергетике, к ветроэнергетическим установкам. Технический результат состоит в упрощении регулирования и повышении надежности.

Изобретение относится к ветроэнергетическим установкам с главным валом ветротурбины, параллельным ветровому потоку. Цилиндрическая ветротурбина установлена на валу ветроэнергетической установки и содержит лопасти, размещенные на радиальных штангах.

Предлагаемое устройство управления ветроэнергетической установкой может быть использовано в области ветроэнергетики, конкретно - при управлении ветроэнергетической установкой.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка содержит башню, выполненную в виде тетраэдра, имеющего ребра и углы, а также ветроколесо и генератор.

Изобретение относится к устройству регулирования шага лопастей ветрогенератора. Устройство предназначено для регулирования шага лопастей 6, шарнирно закрепленных посредством концевых крепежных частей 7 в радиально-упорных подшипниках 5.

Изобретения относятся к ветроэнергетике и могут быть использованы при управлении ветроэнергетической установкой (ВЭУ) с двумя ветроколесами. Способ управления заключается в том, что формируют сигнал о скорости ветра на высоте оси вращения одновременно работающих двух соосных ветроколес с равными числами n лопастей, оба ветроколеса синхронно вращают в одну и ту же сторону, измеряют угол α между продольными осями, например, первых лопастей обоих ветроколес при скорости ветра, когда ВЭУ развивает мощность, равную или превышающую номинальную мощность, устанавливают второе ветроколесо по отношению к первому при угле α≈0 при скорости ветра, когда ВЭУ развивает мощность, меньшую номинальной мощности, по мере снижения скорости ветра пропорционально увеличивают значение угла α так, чтобы при минимальной рабочей скорости установилось значение α ≈ π n .

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэлектроагрегат, содержащий поворотное основание, с неподвижной и подвижной частями, башню с противовесом, траверсу, поворотные стойки с магнитопроводами и ветроколесами со втулками и с роторными элементами, направляющий элемент.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к регулируемым ветроколесам. Ветроколесо содержит основание с подшипниками, горизонтальный вал, лопасти, роторы, имеющие магнитный контакт со статорами, установленными на основании, редукторы.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования угла установки лопастей ветродвигателя. .

Настоящее изобретение относится к конструкции ветроэнергетических установок. Держатель модулей для крепления электрических модулей, предусмотренных для управления одним или несколькими приводами поворота лопастей ВЭУ, к ступице ротора ВЭУ содержит основную часть для удержания электрических модулей.
Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано для строительства ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения ветроколеса с набегающим воздушным потоком.

Изобретение представляет собой ветроэнергетическую установку с горизонтальной осью вращения. Ветроэнергетическая установка содержит корпус, снабженный стабилизаторами в виде ребер жесткости.

Изобретение относится к электроэнергетике. Роторное устройство с использованием эффекта Магнуса содержит, по меньшей мере, один ротор, кольцо вращения ротора, кинематически связанное с ротором и закрепленное на корпусе устройства и вал, закрепленный в корпусе устройства и кинематически связанный с приводом и электрогенератором.

Предложено ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти из изогнутой упругой полосы, соединенные со ступицей. Каждая из лопастей образуется путем односторонней стыковки противоположных концов изогнутой упругой полосы.

Изобретение относится к ветроэнергетике и используется в горизонтально-осевых ветроэнергетических установках. Ветроустановка имеет закрепленные на его ступице полые лопасти, изготовленные в виде тел вращения с выполненными в их стенках продольными пазами, в которых размещаются сужающиеся криволинейные каналы с тангенциальными щелями на выходе, направленными по касательной к внешней поверхности лопастей.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система привода транспортного средства содержит, по меньшей мере, один электрогенератор, аккумуляторную батарею, зарядное устройство и инвертор, электрически соединенные между собой, электродвигатель, электрически соединенный с аккумуляторной батареей и кинематически связанный со средством перемещения транспортного средства.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ производства энергии, заключающийся в том, что выработку энергии производят за счет вращения рабочих лопаток ветром, ускоренным сооружением, выполненным в виде сопла Лаваля в верхней части, а в нижней - представляющей из себя плоскость, и за счет солнечных батарей, а также за счет солнечных лучей, которые попадают на батарею, за счет их отражения от внутренней плоскости сопла Лаваля.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения бытовых и производственных потребителей энергии. Ветроагрегат с системой ориентации и ограничения мощности ветротурбины, имеющий опору с цевочной шестерней и вертикальной осью с насаженной на ней головкой ветроагрегата, устройство, реагирующее на направление ветра, насаженное на выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата с возможностью поворота не менее чем на 90°, связанное жёстко с боковой лопатой, вертикальный вал, проходящий через выполненную полой вертикальную ось в головке ветроагрегата и имеющий установленную на нижнем конце ведущую шестерню, кинематически связанную с цевочной шестерней, а также силовой противодействующий механизм с точками приложения силы между головкой ветроагрегата и боковой лопатой, причем в качестве устройства, реагирующего на направление ветра, использована шторка, расположенная по ветру перед насаженной на верхний конец вертикального вала крыльчаткой.

Настоящее изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для производства электроэнергии. Ветровая турбина содержит комплект изогнутых лопастей, закрепленных на центральной вращающейся ступице и обод, окружающий концы лопастей и прикрепленный к ним, при этом обод выполнен с возможностью вращения вместе с упомянутой ступицей и упомянутыми лопастями.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветроустановок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа. Ветроколесо сегментного ветроэлектрогенератора содержит ступицу, спицы, обод, лопасти с лонжеронами, выполненные в виде поперечных пластин, при этом, по крайней мере, один узел крепления лонжеронов к пластине выполнен в виде уголка, одна из полок которого снабжена отверстием для лонжерона, а вторая установлена с возможностью контакта с краем обода. Реализация изобретения позволит использовать лонжероны лопасти одновременно в качестве конструкционных элементов и магнитопроводов сегментного генератора, что уменьшает капитальные затраты. 3 ил.
Наверх